Большая часть территории Сахалина – это средневысотные горы, и основное поднятие острова – горы Восточно—Сахалинские. Они располагаются в восточной части от низовьев реки Тымь до полуострова Терпения. Самая высокая вершина острова Сахалин – гора Лопатина (1609 м). Западная часть острова занята менее высокими Западно—Сахалинскими горами. Они вытянуты от мыса Крильон до реки Хунмакта (Камышовый и Южно—Камышовый хребты и их отроги). На юге Сахалина расположены Сусунайский и Тонино—Анивский хребты.
Горные сооружения острова разделяются Тымь—Поронайской и Сусунайской низменностями. Северная часть Сахалина занята Северо—Сахалинской центральной равниной и прибрежными низменностями на западе и востоке. Полуостров Шмидта характеризуется двумя низкогорными (до 623 м) хребтами, разделенными холмистой Пиль—Диановской низменностью.
Курильские острова считаются областью активной вулканической деятельности. Они представляют собой два параллельных подводных хребта, которые выше уровня океана выражены цепью островов Большой и Малой Курильских гряд. Здесь насчитывается свыше 100 вулканов, более 40 из которых действующие. Наиболее крупные: Алаид (2339 м), пик Фусса (1772 м), Мильна (1539 м), Богдан Хмельницкий (1589 м), Тятя (1819 м).
Первые ссыльные появились на Сахалине в 1858 г. В 1869 г. остров официально объявили местом каторги. Делая такой выбор, правительство руководствовалось следующими соображениями: в связи с географическим положением Сахалина побег отсюда был почти невозможен, после окончания срока наказания ссыльным можно предоставить большой выбор видов деятельности на неосвоенной земле, множество переселенных упрочит российские позиции на приграничной территории. За время существования сахалинской каторги сюда было сослано 30–40 тыс. чел. В основном на остров отправлялись уголовные преступники, но попадали и политические. Так, на Сахалине отбывали наказание члены наиболее значительных российских партий и организаций Б.О. Пилсудский, Л.Я. Штернберг, Л.А. Волкенштейн, И.П. Ювачев, Б.П. Еллинский. Будучи хорошо образованными людьми, они внесли заметный вклад в культурную жизнь острова. Л.Я. Штернберг и Б.О. Пилсудский исследовали традиционную культуру нивхов, айнов и других коренных народов. Политкаторжане содержались вместе с уголовными, они выполняли те же работы, подвергались оскорблениям, побоям и наказаниям. После появления книги А.П. Чехова «Остров Сахалин» начались протесты прогрессивной общественности против жестокого обращения с каторжниками. В 1906 г. ссылка преступников на остров была прекращена.
Сахалинская область богата поверхностными водами: на островах насчитывается около тысячи небольших и неглубоких горных рек. Исключение составляют наиболее крупные реки: Тымь, Поронай, Лютога. Большинство рек быстрые, порожистые, с большим количеством водопадов. На севере острова Итуруп находится самый высокий водопад Сахалина и Дальнего Востока – Илья Муромец (141 м).
Зимой реки Сахалина надолго замерзают, а бурные потоки Курильских островов текут под плотным снежным настом.
На Сахалине множество озер. Их общая площадь составляет десятки тысяч гектаров. Наиболее крупные: Тунайча, Невское, Буссе.
